Hızlı tek akı kuantum teknolojisi ile kogge-stone toplama devresi tasarımı ve özgün birleşik kapı geliştirilmesi

Geçmişten günümüze, gelişen bilgisayarlardaki aritmetik ve mantık işlemlerinin hesaplama zorluğu, işlemci tasarımında önde gelen problemlerden biri olmuştur. Bu problem, daha hızlı ve verimli devreler tasarlanması üzerinde çalışılmasına ve farklı yapılarda, toplama ve çarpma devreleri gibi özelleştirilmiş mantık devreleri tasarlanmasına yol açmıştır. Günümüzde kullanılan yarı iletken teknolojisi, işlem hızı ve bu hıza bağlı enerji tüketiminde teorik öngörülen limitlere yaklaşmaktadır. Yarı iletken teknolojisine alternatif olan Hızlı Tek Akı Kuantumu (RSFQ) teknolojisi ise, düşük enerji tüketimi, yüksek operasyon ve iletim hızı ile öne çıkmaktadır. Bu teknoloji kullanılarak özellikle son 20 yıl içerisinde yüksek hızlarda çalışabilen ve yarıiletken eşdeğerlerine göre enerji tüketimi 10000'de 1'i kadar olan çeşitli devreler geliştirilmiştir. Ancak halen gelişim aşamasında olan RSFQ teknolojisi, tasarım araçlarının az ve yetersiz olması sebebiyle, birçok noktada el ile tasarlamayı gerektirmektedir. Bu çalışma kapsamında dalga boru hattı yöntemi ile çalışan 8 bitlik özgün bir Kogge-Stone toplama devresi ve devrede kullanılan Tam Toplayıcı mantık bloğu gibi özgün mantık bloklarının tasarımları yapılmıştır. Bu çalışmadaki mantık blokları ve bağlantı hatları tamamen el ile tasarlanmıştır. Tasarlanan blokların devre parametreleri, Parçacık Sürüsü Optimizasyonu (PSO) aracı kullanılarak optimize edilmiştir. Böylece toplama devresinin performansının arttırılması hedeflenmiştir. Ayrıca, tamamlanan toplayıcı devresinin veriminin ve çalışma toleransının artırılması amacıyla İstatistiksel Zamanlama Analiz Aracı (STATS) kullanılarak iyileştirmeler yapılmıştır. Sonuç olarak hedef frekansı 25GHz olan ve 6581 Josephson Eklemi'nden oluşan 8 bitlik bir Kogge-Stone toplayıcı devresi tasarlanmıştır.